透水混凝土在道路中的應用淺析

何乘根

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透水混凝土在道路中的應用淺析

何乘根

（福建農(nóng)林大學交通與土木工程學院 福建福州 350108）

本文介紹了透水混凝土在國內(nèi)外的研究歷程，通過與傳統(tǒng)不透水路面的對比，著重介紹了透水混凝土路面在排水、吸聲降噪和緩解城市熱島效應等方面的優(yōu)勢及應用情況，并對其發(fā)展前景進行了展望。

透水混凝土；道路；排水性能；吸聲降噪；熱島效應

引言

透水混凝土是一種將粗骨料、膠凝材料、外加劑和水按一定比例拌制而成的多孔混凝土，又稱無砂混凝土。它不含或僅含微量細骨料，由一層薄水泥漿把粗骨料包裹起來并膠結形成蜂窩狀的骨架，具有透氣、透水和質(zhì)輕等特點，常應用于建造人行道、停車場、城市廣場和輕量級道路等。隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，作為一種生態(tài)友好型建材——透水混凝土的應用愈發(fā)廣泛。

1.透水混凝土的研究歷程

1.1國外

透水混凝土的應用始于1852年，當時英國在一次建造過程中由于缺少細骨料，便開發(fā)了只含粗骨料的混凝土，即透水混凝土。

上世紀70年代后期,日本推行“雨水滲透計劃”，并于90年代開始對透水混凝土路面進行測試，結果表明這種路面有利于天然水還原成地下水，能有效降低路面溫度和噪音[1]。

1972年，美國“清潔水資源法案”的通過使具有過濾和凈化作用的透水混凝土受到廣泛關注。隨著研究的深入，透水混凝土開始應用于道路的修建，如美國俄勒岡州建造了3000公里的透水混凝土路面[2]。

1979年-1981年，法國在戴高樂機場的修建中運用了透水混凝土，增強了機場的排水功能。此外，法國有相當一部分的網(wǎng)球場使用了透水鋪裝[3]。

1.2國內(nèi)

我國于1993年開始透水混凝土的研究。1995年，中國建筑材料科學研究院率先在國內(nèi)成功研制出透水混凝土。2008年-2009年，《透水磚路面（地面）設計與施工技術規(guī)程》（DBJ 13-104-2008）與《透水水泥混凝土路面技術規(guī)程》（CJJ/T 135-2009）相繼頒布。在工程應用方面，2005年，北京市南北長街道路工程中使用了無砂透水混凝土。此后，透水混凝土在奧林匹克森林公園和上海世博會園區(qū)內(nèi)亦得到了成功應用。2009年，西安曲江大明宮國家遺址公園中應用露骨料透水混凝土近40萬㎡，其應用面積之大在國內(nèi)十分少見[4]。

2.透水混凝土路面與傳統(tǒng)路面的比較

2.1傳統(tǒng)混凝土路面

傳統(tǒng)混凝土路面雖有堅固耐用的優(yōu)點，但因其不透水性，在雨天僅依靠有限的地下污水管道排水，這將大大加重城市排水系統(tǒng)負擔，易造成內(nèi)澇，影響市民出行和路面交通。此外，傳統(tǒng)不透水路面阻斷了雨水對地下水的補充，隨著地下水位不斷下降，可能造成路面下陷。另外，當路面積水溶入城市污染物，經(jīng)陽光照射后水分蒸發(fā)，容易留下污漬，影響城市衛(wèi)生與形象。

2.2透水混凝土路面

對于透水混凝土路面，由于不含細骨料，其內(nèi)部的大量孔隙可加速路面排水。研究表明[5]，當透水混凝土地坪孔隙率達15%-25%時，其透水速度將達31.18L/m/h~51.96L/m/h,可有效排除路面積水。此外，雨水能沿著透水混凝土內(nèi)部大量連通孔隙滲入地下或存于路基中，可補充所在地區(qū)地下水位，起到了環(huán)保和調(diào)節(jié)水資源的作用。

3.透水混凝土路面的功能優(yōu)勢及應用情況

3.1排水性能

透水混凝土因其集料級配特殊，其內(nèi)部含有大量空隙，具有良好的排水性能。清華大學的韓建國[2]考察了美國愛荷華州立大學的透水水泥混凝土停車場，該車場透水混凝土和普通混凝土各半。觀察發(fā)現(xiàn)，在晴天，透水混凝土路面因其抗彎變形性能差，在經(jīng)過一段時間使用后，其表面出現(xiàn)裂紋，而普通混凝土路面相對完整；在雨天，透水混凝土路面排水效果好，而普通混凝土路面有積水且有眩光現(xiàn)象。從中可以發(fā)現(xiàn)，在排水性能方面，透水混凝土路面較之普通混凝土路面具有更大優(yōu)勢，但其承載力較低，表面易開裂。對于這一問題，有研究表明[6]，在水灰比一定的情況下，增加水泥用量，降低骨灰比，可在一定程度上提高透水混凝土的抗壓強度，但其透水系數(shù)會大幅降低。劉慧麗[7]在綜合分析透水混凝土透水系數(shù)與抗壓強度的關系后，得到了保證透水系數(shù)的最佳配比參數(shù)：水灰比0.30；集灰比3.5；粗骨料粒徑2.36~4.75mm占比為100%；摻加礦物摻合料和外加劑。

3.2吸聲降噪

透水混凝土表面具有連續(xù)孔隙，當聲波傳來，在孔隙內(nèi)的空氣摩擦以及空氣的黏滯阻力作用下，一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能并被消耗掉。此外，孔內(nèi)空氣與孔壁發(fā)生熱交換亦可使聲能衰減。在工程實踐方面，1996年以來，我國先后在杭州——金華段高速公路和320國道上鋪設多孔透水性瀝青路面并進行測試，結果表明，該路面在吸聲降噪方面優(yōu)勢明顯。研究表明，孔隙率是影響透水混凝土吸聲降噪性能的重要因素[8]。王波等[9]研究得出了透水混凝土吸聲性能隨孔隙率及頻率變化的規(guī)律和經(jīng)驗公式，且在綜合考慮吸聲效果和路面性能要求后得出透水混凝土孔隙率宜選用15%-20%。

3.3緩解熱島效應

在陽光照射下，傳統(tǒng)混凝土路面會吸收、儲存和反射熱量，使地面溫度上升，給行人帶來烘烤感。相較之下，透水混凝土以其良好的透水透氣性能，使孔內(nèi)水分吸熱變?yōu)樗⒁萆⒌铰繁砻嬉赃_到降低路面及近地層空氣溫度的效果，繼而緩解熱島效應。王從鋒等[10]基于城市下墊層的性能對城市溫度有重要影響，通過模擬計算得出了高透水混凝土、普通混凝土、土壤、草皮等下墊層內(nèi)部溫度變化規(guī)律，并選取了一天內(nèi)典型時刻的各下墊層溫度隨深度的變化情況進行分析。結果表明，從中午到夜晚，透水混凝土表面和內(nèi)部溫度均低于普通混凝土，從而證明了透水混凝土良好的散熱性能對緩解城市熱島效應作用顯著。

4.結束語

透水混凝土作為一種新型生態(tài)混凝土以其排水、吸聲降噪、緩解熱島效應等功能優(yōu)勢已在許多國家和地區(qū)的工程建設中得到應用。在我國，透水混凝土路面目前僅在一線城市應用較多，尚未在二三線城市推廣，前景廣闊。此外，透水混凝土在道路方面的應用還存在諸如耐久性差、抗壓承載力較傳統(tǒng)路面差以及相關國家標準出臺較少等問題，但隨著研究的深入和城鎮(zhèn)化進程的加快，透水混凝土必然會在道路交通、節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展等諸多方面發(fā)揮更大作用。

[1]宋靜. 透水混凝土的推廣與應用[J]. 企業(yè)技術開發(fā),2012,26:136-137.

[2]韓建國. 透水混凝土的性能和應用現(xiàn)狀綜述[J]. 混凝土世界,2014,10:46-52.

[3]魏勝,王俊嶺,張雅君,馮萃敏. 透水混凝土路面鋪裝的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 市政技術,2014,04:28-31.

[4]王理中,董凌云,劉飛. 大明宮國家遺址公園:御道廣場露骨料透水混凝土應用歷程回顧[J]. 建筑創(chuàng)作,2012,(01):162-167.

[5]董徐奮. 透水混凝土在道路工程中的應用研究[J]. 四川建材,2009,06:13-16.

[6]蔣正武,孫振平,王培銘. 若干因素對多孔透水混凝土性能的影響[J]. 建筑材料學報,2005,(05):513-519.

[7] 劉麗惠.透水混凝土透水系數(shù)和強度的試驗研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學,2007.DOI:10.7666/d.y1107732.

[8]張麗,劉良森,張靜芳,邱冠雄. 透水性混凝土路面的功能[J]. 磚瓦,2012,01:52-54.

[9]王波,霍亮,高建明. 多孔混凝土鋪裝吸聲性能試驗研究[J]. 四川建筑科學研究,2004,(04):85-86+89.

[10]王從鋒,劉德富. 高透水混凝土路面消減城市熱島效應計算分析[J]. 混凝土,2010,09:108-110.

姓名：何乘根（1995-），男，福建長樂人，本科在讀，主要研究方向：土木工程。

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1007-6344（2017）03-0015-01